Лабораторная работа № 4 Настройка ospf между маршрутизаторами Cisco

1 Цель работы

Работа посвящена конфигурированию и настройке OSPF на оборудовании Cisco с помощью команд управления

2 Теоретическая часть

Маршрутизация представляет собой выбор направлений передачи данных от одной сети другой. Эти направления, также называемые маршрутами, могут предоставляться динамически другими маршрутизаторами. Однако они могут также назначаться маршрутизатору статически.

Маршрутизатор принимает решения, основываясь на IP-адресе получателя пакета. Для того чтобы переслать пакет в требуемом направлении, все устройства на пути его следования используют IP-адрес получателя. Этот адрес позволяет пакету достичь требуемого пункта назначения. Для принятия правильного решения маршрутизаторы должны знать направления к удаленным сетям. При использовании динамической маршрутизации это направление к удаленным сетям маршрутизатор узнает от других маршрутизаторов сети. При использовании статической маршрутизации информация об удаленных сетях задается вручную сетевым администратором.

Поскольку статические маршруты конфигурируются вручную, любые изменения сетевой топологии требуют участия сетевого администратора для добавления и удаления статических маршрутов в соответствии с этими изменениями. В крупных сетях такая ручная поддержка таблиц маршрутизации может потребовать огромных затрат времени сетевого администратора. В небольших сетях, в которых изменения незначительны, поддержка статических маршрутов особых затрат не требует. Статическая маршрутизация не обладает возможностями масштабирования, имеющимися у динамической маршрутизации, из-за дополнительных требований к настройке и необходимости вмешательства администратора. Однако и в крупных сетях часто конфигурируются статические маршруты для специальных целей в комбинации с протоколом динамической маршрутизации. Несмотря на то, что динамические протоколы маршрутизации могут автоматически определять маршруты, для этого они все же должны быть сначала активизированы и сконфигурированы сетевым администратором.

Информация статических маршрутов вводится в конфигурацию маршрутизатора вручную сетевым администратором. В каждом случае, когда изменение топологии объединенной сети требует обновления статических маршрутов, это обновление должно выполняться вручную сетевым администратором.

Динамические маршруты устанавливаются иным образом. После того как сетевой администратор вводит команды конфигурирования динамической маршрутизации, информация о маршрутах обновляется автоматически в процессе маршрутизации при каждом получении из сети новой информации о маршрутах. Маршрутизаторы обмениваются сообщениями об изменениях в топологии сети в процессе динамической маршрутизации.

Статическая маршрутизация имеет несколько полезных приложений. При динамической маршрутизации имеется тенденция к распространению всей информации об объединенной сети. Однако по соображениям безопасности иногда требуется скрыть некоторые части сети. Статическая маршрутизация (static routing) позволяет пользователю указать, какая информация может распространяться относительно таких скрытых сетей с ограниченным доступом.

Если доступ к сети может быть получен только по одному маршруту, то одного статического маршрута может оказаться вполне достаточно. Такой тип сети носит название тупиковой сети (stub network). Конфигурирование статического маршрута к тупиковой сети позволяет уменьшить служебную нагрузку динамической маршрутизации (объем пересылки анонсов маршрутизации).

Функционирование статических маршрутов может быть описано тремя положениями.

1. Сетевой администратор задает статический маршрут.

2. Маршрутизатор заносит этот маршрут в свою таблицу маршрутизации.

3. Пакеты пересылаются с использованием указанного статического маршрута.

Дополнительным необязательным параметром маршрута является административное расстояние (administrative distance), назначаемое маршруту при его занесении в таблицу маршрутизации и который характеризует надежность маршрута. Меньшему значению административного расстояния соответствует менее надежный маршрут. Такое утверждение означает, что маршрут с меньшим административным расстоянием будет установлен в таблицу маршрутизации прежде, чем маршрут с большим административным расстоянием. Стандартно при использовании адреса следующего перехода административное расстояние устанавливается равным 1. Маршрутам с меньшим административным расстоянием отдается предпочтение по сравнению с аналогичными маршрутами с большим административным расстоянием.

Иногда статические маршруты используются в качестве резервных. На маршрутизаторе может быть сконфигурирован статический маршрут, который будет использован только в том случае, если не удастся отправить данные по динамически созданному маршруту. Для использования статического маршрута в этом качестве его административное расстояние должно быть установлено большим, чем у маршрута, предоставляемого протоколом динамической маршрутизации.

Стандартные маршруты используются маршрутизаторами в тех случаях, когда адрес сети-получателя пакета не совпадает ни с одним из маршрутов, содержащихся в таблице маршрутизации. Стандартные маршруты, как правило, конфигурируются для передачи потоков данных через сеть Internet, поскольку нерационально и нет необходимости поддерживать все маршруты ко всем сетям Internet. Стандартный маршрут фактически является специальным статическим маршрутом.

Динамическая маршрутизация (dynamic routing) необходима для того, чтобы сети могли обновлять свои таблицы маршрутизации и быстро адаптироваться к изменениям в топологии и состоянии соединений.

Статическая маршрутизация позволяет переслать пакет из одной сети в другую на основе вручную заданных маршрутов. Маршрутизатор обращается к своей таблице маршрутизации и в соответствии с находящейся там информацией о статическом маршруте направляет пакет на узел пункта назначения.

Если маршрут по какой-либо причине становится недоступным, то до повторного ручного конфигурирования маршрутизатора связь с сетью-получателем будет невозможной. Динамическая маршрутизация обеспечивает большую гибкость. В соответствии с таблицей маршрутизации пакет может быть доставлен к пункту назначения по более предпочтительному маршруту.

Успешное функционирование динамической маршрутизации зависит от выполнения маршрутизатором двух его основных функций:

– поддержки таблицы маршрутизации в актуальном состоянии;

– своевременного распространения информации в виде анонсов и обновлений маршрутов среди остальных маршрутизаторов.

При распространении информации о сети механизм динамической маршрутизации использует один из протоколов маршрутизации. Такой протокол определяет набор правил, используемых маршрутизатором при осуществлении связи с соседними маршрутизаторами. Например, протокол маршрутизации определяет:

– каким образом рассылаются обновления маршрутов;

– какая информация содержится в обновлениях;

– как часто рассылаются обновления;

– каким образом выполняется поиск получателей обновлений.

При обновлении алгоритмом маршрутизации таблицы маршрутизации первичной задачей устройства является выбор наилучшего маршрута для включения его в таблицу. Каждый алгоритм маршрутизации использует свой собственный способ выбора наилучшего маршрута. Для этого он генерирует определенное значение, называемое метрикой (metric), для каждого маршрута в сети. Обычно чем меньше значение метрики, тем лучше маршрут.

Администратор сети выбирает динамический протокол маршрутизации, исходя из множества предпосылок. Прежде всего, во внимание принимаются такие характеристики, как размер сети, доступная полоса пропускания соединений, аппаратные возможности процессоров маршрутизирующих устройств, модели и типы маршрутизаторов, а также типы протоколов, которые используются в сетях.

Протокол маршрутизации – это средство коммуникации между маршрутизаторами, которое позволяет устройствам совместно использовать информацию о сетях и определять расстояние до разных узлов и сетей. Информация, которую один маршрутизатор по­лучает от другого (посредством протокола маршрутизации), используется для по­строения и поддержания в актуальном состоянии таблицы маршрутизации.

К наиболее распространенным протоколам маршрутизации локальных сетей можно отнести следующие:

– протокол маршрутной информации (Routing Information Protocol – RIP);

– протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Interior Gateway Routing Protocol – IGRP);

– усовершенствованный протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol – IGRP);

– протокол выбора кратчайшего маршрута (Open Shortest Path First – OSPF).

Большинство алгоритмов маршрутизации может быть отнесено к одной из двух категорий:

– дистанционно-векторный протокол;

– протокол с учетом состояния канала.

Дистанционно-векторный протокол (distance vector routing protocol) определяет направление, или вектор, и расстояние до нужного узла объединенной сети. Протокол с учетом состояния канала (link-state routing protocol), также называемый алгоритмом выбора кратчайшего пути (shortest path first – SPF), воссоздает топологию всей сети. Сбалансированный гибридный протокол (balanced hybrid routing protocol) соединяет в себе определенные черты обоих алгоритмов: дистанционно-векторного и с учетом состояния канала.

При использовании дистанционно-векторных алгоритмов между маршрутизаторами они периодически пересылают копии таблиц маршрутизации друг другу. В таких регулярных обновлениях маршрутизаторы сообщают друг другу об изменениях в топологии сети. Дистанционно-векторные алгоритмы маршрутизации также называются алгоритмами Беллмана-Форда (Bellman-Ford).

В дистанционно-векторном алгоритме накапливаются расстояния в сети, что по­зволяет поддерживать базу данных, содержащую информацию о топологии сети. Однако дистанционно-векторные алгоритмы не предоставляют маршрутизаторам точную топологию всей сети, поскольку каждому маршрутизатору известны только соседние с ним маршрутизаторы.

Вторым базовым алгоритмом маршрутизации является алгоритм выбора маршру­та по состоянию канала. Такие алгоритмы известны как алгоритмы Дейкстры (Dijkstra) или как алгоритмы выбора кратчайшего пути (Shortest Path First – SPF). Они поддерживают сложную базу топологической информации. В то время как дистанционно-векторные алгоритмы не содержат определенной информации об удаленных сетях и удаленных маршрутизаторах, алгоритмы с использованием состояния канала поддерживают полную информацию об удаленных маршрутизаторах и их соединениях друг с другом.

Протокол маршрутной информации RIP (Routing Information Protocol – RIP) является одним из самых живучих протоколов маршрутизации. Вместе с тем RIP – один из самых запутанных протоколов из-за того, что существует множество RIP-подобных протоколов, причем многие имеют то же название. Протокол RIP и огромное количество похожих на него основаны на одном и том же наборе алгоритмов, использующих вектор расстояния для математического сравнения маршрутов и выбора наилучшего маршрута к месту назначения. Эти алгоритмы появились в результате академических исследований, восходящих к 1957 г.

Протокол RIP посылает сообщения об обновлении маршрутов через регулярные интервалы, а также при изменении топологии сети. Когда маршрутизатор получает информацию об обновлении маршрутов, куда входят измененные записи маршрутной таблицы, он обновляет свою маршрутную таблицу, занося в нее новый маршрут. Значение метрики маршрута увеличивается на 1, и отправитель сообщения указывается в качестве следующего перехода. RIP-маршрутизаторы запоминают только наилучший маршрут к получателю (маршрут с наименьшим значением метрики). После обновления маршрутной таблицы маршрутизатор немедленно начинает передачу сообщений об обновлении маршрутов, чтобы сообщить другим маршрутизаторам в сети о произошедших изменениях. Эта информация посылается независимо от плановых, регулярных обновлений, посылаемых RIP-маршрутизаторами.

Для измерения расстояния между сетью-источником и сетью-получателем RIP использует единую метрику – количество переходов. Каждому переходу на маршруте от источника к получателю присваивается значение счетчика переходов, которое обычно равно 1. При получении сообщения об обновлении маршрутов с новой или измененной записью о сети-получателе маршрутизатор добавляет единицу к значению метрики, указанному в сообщении и обновляет свою таблицу маршрутизации, включая в нее но­вый маршрут. IP-адрес отправителя используется в качестве следующего перехода.

RIP предотвращает зацикливание в маршрутных петлях путем ограничения количества переходов на маршруте между источником и получателем. Максимальное число переходов равно 15. Если маршрутизатор получает маршрутное обновление, где содержится новый или измененный элемент, и увеличение метрики на 1 приводит к значению 16, то данный получатель считается недоступным. Недостатком этой функции обеспечения устойчивости является ограничение максимального диаметра сети RIP 16 переходами.

В RIP есть и другие средства обеспечения устойчивости, используемые многими другими протоколам маршрутизации. Эти функции разрабатывались для сохранения устойчивости, несмотря на возможные резкие изменения сетевой топологии. Например, в RIP во избежание распространения некорректной маршрутной информации применяются расщепление горизонта и механизмы удержания (задержки фиксации изменений).

Усовершенствованный протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Enhanced Internal Gateway Routing Protocol – EIGRP), представляет собой результат эволюции его предшественника, протокола IGRP. Эта эволюция стала результатом изменений в организации сетей и потребности в обмене данными между крупными сетями различной архитектуры. В протоколе EIGRP сочетаются возможности протоколов маршрутизации по состоянию канала и дистанционно-векторных протоколов. Кроме того, в состав EIGPR входят несколько важных протоколов, которые значительно увеличивают его эффективность по сравнению с другими протоколами маршрутизации. Одним из таких протоколов является диффузионный алгоритм обновления (Diffusing Update Algorithm – DUAL), позволяющий маршрутизаторам EIGRP определять, является ли маршрут, сообщенный соседним узлом, петлей, и дает возможность маршрутизатору, на котором функционирует протокол EIGRP, находить альтернативные маршруты, не дожидаясь обновленной информации от других маршрутизаторов.